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随着我国经济实力的增长,国民生活水平和质量不断提高,人均汽车保有量不断增加,但随之频繁发生的交通事故也在不断的威胁着国民生命和财产的安全。颅脑损伤是交通伤中最常见的损伤,以其高死亡率和高致残率引起了世界各国的高度重视。颅脑损伤最常见的两种机制如下:一是由于冲击载荷直接作用于颅脑导致的损伤,二是由于冲击作用导致的颅骨-脑组织相对运动产生的相对位移导致的损伤。本文构建了两个人体颅脑的两个模型,分别是冲击载荷作用下的人体颅脑力学模型,以及基于 Maxwell模型的二维颅脑冲击模型。本文从建立力学模型的角度出发,对于冲击载荷下的颅脑损伤的力学响应—应力、应变以及冲击载荷作用下的颅脑相对运动产生的位移,都可以直观的以数学表达式表现出来,便于研究脑损伤的两种具体机制。 由于大脑生理结构的复杂性,颅脑组织对冲击的力学响应以及颅脑损伤与力学载荷的量效关系的研究相对比较少。本文基于软基底上的硬材料这一力学模型,将颅骨视为硬材料,脑组织视为软材料,冲击载荷作用在硬材料上,利用粘弹性对应原理求解软材料的解析解。通过这一力学模型,研究颅脑组织对冲击的力学响应以及颅脑损伤与力学载荷的量效关系,对于颅脑损伤的防护和损伤指标的制定提供理论基础。经过验证,这一力学模型可以用来模拟颅脑损伤。此外,可以利用推导的公式预估脑部所承受的应力值,判断脑损伤的程度。然后根据损伤程度,确定适合的治疗方案。基于这个有趣合理的力学模型,通过分析损伤区域应力值和人体颅骨相关部位的耐受度,确定安全头盔的合适厚度,一定程度上避免脑损伤。 针对由于颅骨与脑组织的相对运动产生相对位移导致的颅脑损伤,通过构建基于 Maxwell模型的二维颅脑冲击系统力学模型,对冲击载荷作用下的颅脑相对运动进行分析,得到颅脑相对位移随冲击时间的表达式。分析和讨论了人体头部不同的固有频率下,人体颅脑相对位移的最大值,及达到最大相对位移的冲击时间。同时分析了如何提高人体头部的抗冲击能力,在一定程度上避免脑损伤发生的可能性以及降低脑损伤的严重程度。另一方面将本文构建的模型与之前研究学者建立的基于 Kelvin模型的二维颅脑冲击系统力学模型进行分析和对比,验证了本文构建的模型的合理性和正确性,并且指出了两种模型各自适用分析的条件,为冲击作用下颅脑损伤的力学分析提供相关的理论参考。